高三物理总复习指导-第七章 电场

高三物理总复习指导-第七章 电场内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 、知识目标内 容 要 求 说 明1两种电荷 电荷守恒 2真空中的库仑定律 电荷量 3电场 电场强度 电场线 点电荷的场强 匀强电场电场强度的叠加 4电势能 电势差 电势 等势面 5匀强电场中电势差跟电场强度的关系 6静电屏蔽 7带电粒子在匀强电场中的运动 8示波管 示波器及其应用 9电容器的电容 10平行板电容器的电容 常用的电容器 二、能力要求1会用库仑定律计算电荷间的静电力2会用电场强度、电场线、电势、等势面等概念描述电场的强弱、方向以及电势的高低3会用电场力做功与电势能变化的关系解决电荷在电场中的能量转化问题4会用牛顿运动定律、功能关系等解决带电物 2、体在电场中平衡和运动问题5理解电容，会用电场相关知识处理平行板电容器的问题三、解题示例例 1 在真空中有两个点电荷 A 和 B，相距为 l，分别带有 Q 和 4Q 的正电荷，现放入第三个点电荷 C，欲使三个点电荷 A、B 、C 都处于静止状态，那么点电荷 C 应放在什么位置。 带正电还是负电。 所带电量是多少。 分析与解答：要使三个点电荷都处于静止状态，那么每个点电荷所受的两个库仑力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上由于 A、B 都带正电荷，显然只有 C 带负电荷且放置在 A、B 之间才有可能满足三个点电荷受力平衡，又因为 B 带的电量多，所以 C 应该靠近 A 一些，如图所示由库仑定律和共点 3、力平衡条件，有对 C： 22)(对 A： 讨论：由上例可见，如果三个点电荷只在库仑力作用下处于平衡状态，它们一定在一条直线光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，两同夹异(电性)，两大夹小(电量) 另外，若 A 和 B 是两个固定的点电荷，放入第三个点电荷 C，使 C 处于平衡状态这时只需考虑 C 放置的位置即可，对 C 的电性、电量都没有要求例 2 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b 是轨迹上的两点若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可作出正确判断的是A带电粒子所带电荷的电性B带电粒子在 a、b 两点的受力方向C带电粒 4、子在 a、b 两点的速度何处较大D带电粒子在 a、b 两点的电势能何处较大分析与解答：根据带电粒子的运动轨迹，可以判断出粒子的受力方向带电粒子动能的变化和电势能的变化可以通过电场力做功的情况来判断如图所示，若粒子从 a 向 b 运动，电场力做负功，由动能定理可知，粒子的动能减小；由电场力做功与电势能变化的关系可知，粒子的电势能增大可见，这种情况下粒子在 b 点的电势能大若粒子从 b 向 a 运动，电场力做正功，则粒子的动能增大，粒子的电势能减小可见，这种情况下仍然是粒子在 a 点的动能大，在 b 点的电势能大正确的选项是 B、C、D讨论：带电粒子在电场中运动的过程中，只有电场力做功，粒子的动能 5、与电势能相互转化，总能量守恒例 3 如图所示， M、N 是在真空中竖直放置的两块平行金属板质量为 m，电量为q 的带电粒子，以初速 小孔进入电场，当 M、N 间电压为 U 时，粒子刚好能到达 计带电粒子所受重力如果要使这个带电粒子能到达 M、N 两板间距的 处返回，21则下述措施能满足要求的是光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 使初速度减为原来的 21B使 M、N 间电压加倍C使 M、N 间电压提高到原来的 4 倍D使初速度和 M、N 间电压减为原来的 21分析：带电粒子只受电场力作用，而且电场力为恒力假设两板之间的电场强度为 E，则E 极的过程中，由动能定理得：(1)201即两板之间的距 6、离 变条件后，设带电粒子离开正极板的最远距离为 x，选项 A若使初速度减为原来的 ，则最远距离142)(0项 B使 M、N 间电压加倍，则电场强度变为 2E，最远距离0使 M、N 间电压提高到原来的 4 倍，则电场强度变为 4E，最远距离820项 D使初速度和 M、N 间电压减为原来的 ，则电场强度变为 ，最远距离122)(0：正确答案为选项 B、题也可以使用牛顿运动定律来解决光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ， 带电粒子以初速 入电场，能前进的最大距离为 x，则 意中 xd其余求解过程同上例 4 氢核( H)和氦核( 直射入同一平行板电容器两板间的匀强电场，且都能从142穿过电场不计它 7、们受到的重力分别在下列情况下，求它们离开电场时的侧移量之比：(1)初速度相同；(2) 初动能相同；(3)初动量相同；(4) 先经过同一加速电场加速后射入平行板电容器两板间的匀强电场分析：氢核( H)和氦核 ( 直射入同一平行板电容器两板间的匀强电场后，做平抛运动，142把该运动分解为垂直电场方向的匀速直线运动和沿电场方向的匀加速直线运动解：假设经过时间 t，带电粒子(质量为 m，电量为 q)穿过电场，则垂直电场方向，带电粒子做匀速直线运动Lv 0t (1)其中 L 为极板长，v 0 为带电粒子垂直于电场方向的初速度沿电场方向，带电粒子做初速度为零的匀加速直线运动：(2)21y 为带电粒子穿过电 8、场时侧移量由(1)(2)两式得： 2011)初速相同时， ，则m124)初动能相同时 y2)初动量相同时 y8142)先经过同一加速电场加速后射入平行板电容器两板间的匀强电场假设加速电压为U，则光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 1体的运动状态不但跟物体所受合外力有关，还跟物体运动的初速度有关例 5 质子( 质量 m、电量 q)和 a 粒子(质量 4m、电量 2q)以相同的初动能，沿着垂直电场线方向穿过同一平行金属板间的匀强电场，求这一过程中它们的动能增量之比分析：带电粒子在电场中都只受电场力作用而作匀变速曲线运动因此，可以从两个途径来求解，其一，从受力分析、运动分解入手，运用牛顿运动定律 9、求得粒子射出电场时的速度，继而求得粒子射出电场时的动能；其二，从动能定理入手，直接求动能的增量和下面采用第二种方法来求解解：带电粒子在平行于电场线方向(即在所受力的方向上) 的位移为 0202241由动能定理得E 是 Ek 4讨论：同学们很容易认为，两粒子穿过电场时，极板间电压 U 相同，从而依动能定理得出 Ekq所以 2 的错误结论实际上，U 不是极板间电压，而是带电粒子在电场中运动时，始末两点间的电压不同的带电粒子在穿过电场过程中的轨迹可能是不同的因而对应的始末两点间的电压也可能是不同的不难得出 U望同学们在使用电场力作功的公式 W，要注意 U 的物理意义例 6 水平放置的一对平行金属板长 10、度都为 l，板间距离为 d，通过开关 S 与电压为 一带电为q，质量为 m 的带电粒子，以水平初速 贴上板射入板间匀强电场，刚好打在下板中央，如图所示试分析下述两种情况下，欲使粒子刚好 B 板边缘射出，需将 B 板下移多大距离(1)闭合 k；(2)先合 k 后断开光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ：带电粒子在电场中只受电场力作用而作匀变速曲线运动因此，可以从受力分析、运动分解入手，运用牛顿运动定律求解解：假设经过时间 t，带电粒子(质量为 m，电量为 q)穿过电场，则垂直电场方向，带电粒子做匀速直线运动Lv 0t (1)其中 L 为极板长，v 0 为带电粒子垂直于电场方向的初速度沿电场方 11、向，带电粒子做初速度为零的匀加速直线运动：(2)21中，y 为带电粒子穿过电场时侧移量由(1)(2)两式得： 0220204)闭合 k电压 U 保持不变，粒子的 m、v 0、q 也保持不变先后两次带电粒子的侧移量都是 yd ，上式化为 中 l 表示带电粒子在电场中水平方向的位移由于 ll 21，则 dd2 1，即第二次板间距离为第一次 2 倍B 板下移 d(2)先合 k 后断开，极板电量不变，根据 次侧移都是板间距离，而水平位移从 为 ll由于20此 dd(l) 21所以 B 板下移 3d例 7 真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场在电场中，若将一个质量为 m 带正电的小球由静止释放 12、，运动中小球的速度与竖直方向夹角为 37(取 0.6，现将该小球从电场中某点以初速度 直向上抛出求运动过程中(1)小球受到的电场力的大小和方向；光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (2)小球从抛出点至最高点的电势能变化量；(3)小球的最小动量的大小和方向分析与解答：(1)从静止释放的小球在重力和电场力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动，所受合外力方向与运动方向一致，如图所示则电场力大小 场力的方向水平向右(2)竖直向上抛出的小球在重力和电场力的作用下做匀变速曲线运动( 类斜抛)沿竖直方向做匀减速运动，v yv 0球上升到最高点的时间 段时间里小球沿水平分位移 39球上升到最高点的过程中，电势能减少 2039v(3)水平分速度 vxa 直分速度 vyv 0y由以上各式得出 )(165202 时，有最小值 ， ， ，025193以，小球动量的最小值 ，最小动量的方向与电场方向夹角为0向上讨论：小球做。